มุมมอง: 0 ผู้แต่ง: ไซต์บรรณาธิการเผยแพร่เวลา: 2025-01-09 Origin: เว็บไซต์
ไทเทเนียมไดออกไซด์ (TIO₂) เป็นเม็ดสีขาวที่ใช้กันอย่างแพร่หลายด้วยความทึบแสงความสว่างและความขาว พบแอพพลิเคชั่นในหลายอุตสาหกรรมรวมถึงสีการเคลือบพลาสติกกระดาษและเครื่องสำอาง กระบวนการผลิตของไทเทเนียมไดออกไซด์มีบทบาทสำคัญในการกำหนดคุณภาพซึ่งจะส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพในผลิตภัณฑ์ที่มีการใช้งานมากมาย ในบทความการวิจัยเชิงลึกนี้เราจะสำรวจกระบวนการผลิตที่แตกต่างกันของไทเทเนียมไดออกไซด์และวิเคราะห์ว่าแต่ละขั้นตอนส่งผลกระทบต่อคุณภาพของแต่ละขั้นตอนอย่างไร
ไทเทเนียมไดออกไซด์เป็นออกไซด์ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติของไทเทเนียม มันมีอยู่ในสามรูปแบบผลึกหลัก: Rutile, Anatase และ Brookite Rutile เป็นรูปแบบที่มีความเสถียรทางอุณหพลศาสตร์มากที่สุดและมักใช้ในการใช้งานอุตสาหกรรมเนื่องจากดัชนีการหักเหของแสงสูงและกำลังซ่อนที่ยอดเยี่ยม Anatase มีกิจกรรม photocatalytic ที่สูงกว่าเมื่อเทียบกับ rutile และมักใช้ในแอปพลิเคชันที่ต้องการคุณสมบัตินี้เช่นในการทำความสะอาดตัวเอง
ความต้องการทั่วโลกสำหรับไทเทเนียมไดออกไซด์เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องในช่วงหลายปีที่ผ่านมา ตามรายงานของอุตสาหกรรมการผลิตไทเทเนียมไดออกไซด์ประจำปีมีจำนวนประมาณ 8 ล้านเมตริกตันในปี 2563 การเติบโตนี้เกิดจากการขยายตัวของอุตสาหกรรมการใช้งานปลายทางเช่นการก่อสร้างยานยนต์และบรรจุภัณฑ์
กระบวนการซัลเฟตเป็นหนึ่งในวิธีการดั้งเดิมสำหรับการผลิตไทเทเนียมไดออกไซด์ มันเกี่ยวข้องกับหลายขั้นตอนสำคัญ:
ในกระบวนการซัลเฟต ilmenite (fetio₃) หรือแทะไทเทเนียมใช้เป็นวัตถุดิบ แร่จะถูกย่อยด้วยกรดซัลฟิวริกเข้มข้นเป็นครั้งแรก ปฏิกิริยานี้มีความร้อนสูงและต้องการการควบคุมอุณหภูมิและความเข้มข้นของกรดอย่างระมัดระวัง ตัวอย่างเช่นหากอุณหภูมิสูงเกินไปในระหว่างการย่อยอาหารมันสามารถนำไปสู่การก่อตัวของผลพลอยได้ที่ไม่พึงประสงค์และการลดลงของความบริสุทธิ์ของสารละลายไทเทเนียมซัลเฟตที่ได้รับ ข้อมูลแสดงให้เห็นว่าช่วงอุณหภูมิการย่อยอาหารที่ดีที่สุดมักจะอยู่ระหว่าง 150 ° C และ 200 ° C สำหรับการแปลงแร่อย่างมีประสิทธิภาพให้กลายเป็นไทเทเนียมซัลเฟตที่ละลายน้ำได้
หลังจากการย่อยอาหารสารละลายไทเทเนียมซัลเฟตจะถูกไฮโดรไลซิส ขั้นตอนนี้เกี่ยวข้องกับการเพิ่มน้ำลงในสารละลายเพื่อตกตะกอนไทเทเนียมไดออกไซด์ไฮเดรต ค่า pH และอุณหภูมิในระหว่างการไฮโดรไลซิสเป็นปัจจัยสำคัญที่มีผลต่อคุณภาพของผลิตภัณฑ์ที่ตกตะกอน การศึกษาพบว่าการรักษาช่วง pH 1.5 ถึง 2.5 ในระหว่างการไฮโดรไลซิสส่งผลให้เกิดการก่อตัวของไทเทเนียมไดออกไซด์ไฮเดรตด้วยการกระจายขนาดอนุภาคที่สม่ำเสมอมากขึ้น หากค่า pH เบี่ยงเบนจากช่วงนี้ขนาดอนุภาคอาจผิดปกตินำไปสู่คุณภาพที่ไม่ดีในแง่ของความทึบและการกระจายตัวในการใช้งานที่ตามมา
ไทเทเนียมไดออกไซด์ที่ตกตะกอนจะถูกเผาที่อุณหภูมิสูงมักจะอยู่ระหว่าง 800 ° C ถึง 1,000 ° C การเผาผลาญเปลี่ยนความชุ่มชื้นเป็นผลิตภัณฑ์ไทเทเนียมไดออกไซด์ขั้นสุดท้าย อุณหภูมิและเวลาในการปูนส่งผลกระทบต่อโครงสร้างผลึกและคุณสมบัติของไทเทเนียมไดออกไซด์อย่างมีนัยสำคัญ ตัวอย่างเช่นอุณหภูมิการเผาที่สูงขึ้นสามารถนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้นไปยังเฟส rutile ซึ่งเป็นที่ต้องการสำหรับแอปพลิเคชันที่ต้องใช้ดัชนีการหักเหของแสงและกำลังซ่อน อย่างไรก็ตามการเผาที่มากเกินไปอาจทำให้เกิดการเผาอนุภาคลดพื้นที่ผิวของพวกเขาและอาจส่งผลกระทบต่อการกระจายตัวของพวกเขา
กระบวนการคลอไรด์เป็นวิธีการผลิตที่สำคัญอีกวิธีหนึ่งสำหรับไทเทเนียมไดออกไซด์ มันมีความแตกต่างที่แตกต่างจากกระบวนการซัลเฟต:
ในกระบวนการคลอไรด์, ตะกรันไทเทเนียม rutile หรือเกรดสูงเป็นวัสดุเริ่มต้น วัตถุดิบเป็นคลอรีนเป็นครั้งแรกในที่ที่มีก๊าซคลอรีนและคาร์บอนที่อุณหภูมิสูงโดยทั่วไปประมาณ 900 ° C ถึง 1,000 ° C ปฏิกิริยานี้ก่อให้เกิดไทเทเนียมเตตระคลอไรด์ (ticl₄) ความบริสุทธิ์ของวัสดุเริ่มต้นและเงื่อนไขการเกิดปฏิกิริยาในระหว่างการคลอรีนเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการได้รับกระแสticl₄คุณภาพสูง ตัวอย่างเช่นหากมีสิ่งสกปรกใน rutile หรือ slag พวกเขาสามารถทำปฏิกิริยากับคลอรีนเพื่อสร้างผลพลอยได้ที่ไม่พึงประสงค์ซึ่งอาจปนเปื้อนticl₄และต่อมาส่งผลกระทบต่อคุณภาพของผลิตภัณฑ์ไทเทเนียมไดออกไซด์สุดท้าย
ไทเทเนียมเตตระคลอไรด์ที่ได้จากคลอรีนจะถูกออกซิไดซ์ต่อหน้าออกซิเจน ขั้นตอนการออกซิเดชั่นนี้ดำเนินการที่อุณหภูมิค่อนข้างสูงโดยปกติจะอยู่ระหว่าง 1,400 ° C ถึง 1800 ° C คุณภาพของไทเทเนียมไดออกไซด์ที่เกิดขึ้นในระหว่างการออกซิเดชั่นขึ้นอยู่กับปัจจัยต่าง ๆ เช่นอุณหภูมิเวลาที่อยู่อาศัยของสารตั้งต้นและความบริสุทธิ์ของแหล่งออกซิเจน การศึกษาวิจัยชี้ให้เห็นว่าอุณหภูมิออกซิเดชั่นที่ควบคุมได้อย่างแม่นยำและเวลาที่อยู่อาศัยสั้น ๆ อาจส่งผลให้เกิดการก่อตัวของไทเทเนียมไดออกไซด์ด้วยการกระจายขนาดอนุภาคแคบและผลึกสูงซึ่งเป็นประโยชน์สำหรับการใช้งานเช่นสีและการเคลือบคุณภาพสูง
กระบวนการผลิตของไทเทเนียมไดออกไซด์มีผลกระทบอย่างลึกซึ้งต่อคุณลักษณะคุณภาพที่หลากหลาย:
ทั้งกระบวนการซัลเฟตและคลอไรด์สามารถมีอิทธิพลต่อขนาดอนุภาคและการกระจายตัวของไทเทเนียมไดออกไซด์ ในกระบวนการซัลเฟตดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ค่า pH ในระหว่างการไฮโดรไลซิสและเงื่อนไขการเผามีบทบาทในการกำหนดขนาดอนุภาค ในกระบวนการคลอไรด์เงื่อนไขการเกิดออกซิเดชันรวมถึงอุณหภูมิและเวลาที่อยู่อาศัยมีผลต่อขนาดอนุภาค โดยทั่วไปแล้วการกระจายขนาดอนุภาคที่แคบนั้นเป็นที่ต้องการในการใช้งานเช่นสีและการเคลือบเนื่องจากมันนำไปสู่พลังการซ่อนและการกระจายตัวที่ดีขึ้น ตัวอย่างเช่นในการศึกษาเปรียบเทียบผลิตภัณฑ์ไทเทเนียมไดออกไซด์ที่แตกต่างกันที่ผลิตโดยทั้งสองกระบวนการพบว่าสิ่งที่ผลิตโดยกระบวนการคลอไรด์ภายใต้เงื่อนไขที่เหมาะสมมีการกระจายขนาดอนุภาคที่สอดคล้องกันมากขึ้นส่งผลให้พลังงานซ่อนตัวที่เหนือกว่าในสูตรสี
กระบวนการผลิตกำหนดว่าไทเทเนียมไดออกไซด์จะอยู่ในรูปแบบ rutile, anatase หรือ brookite crystalline กระบวนการซัลเฟตสามารถสร้างทั้งรูปแบบ rutile และ anatase ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขการเผา กระบวนการคลอไรด์มีแนวโน้มที่จะให้รูปแบบ rutile มากขึ้นเนื่องจากอุณหภูมิสูงที่เกี่ยวข้องในขั้นตอนการออกซิเดชั่น โครงสร้างผลึกมีผลต่อคุณสมบัติเช่นดัชนีการหักเหของแสงและกิจกรรมโฟโตคะตาไลติก ตัวอย่างเช่น Rutile Titanium dioxide มีดัชนีการหักเหของแสงที่สูงกว่าเมื่อเทียบกับ Anatase ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่จำเป็นต้องใช้ความทึบสูงเช่นในสีขาว
ความบริสุทธิ์ของไทเทเนียมไดออกไซด์มีความสำคัญต่อประสิทธิภาพในการใช้งานต่างๆ ในกระบวนการซัลเฟตสิ่งสกปรกสามารถเข้ามาในระหว่างการย่อยแร่ได้หากกรดซัลฟิวริกไม่ได้มีคุณภาพสูงหรือหากเงื่อนไขการเกิดปฏิกิริยาไม่ได้รับการควบคุมอย่างเหมาะสม ในกระบวนการคลอไรด์สิ่งสกปรกในวัสดุเริ่มต้นหรือระหว่างขั้นตอนคลอรีนและออกซิเดชันอาจส่งผลกระทบต่อความบริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย จำเป็นต้องใช้ไทเทเนียมไดออกไซด์ที่มีความบริสุทธิ์สูงในแอพพลิเคชั่นเช่นเครื่องสำอางและบรรจุภัณฑ์อาหารเพื่อความปลอดภัยและคุณภาพของผลิตภัณฑ์ ตัวอย่างเช่นในอุตสาหกรรมเครื่องสำอางไทเทเนียมไดออกไซด์ที่มีระดับความบริสุทธิ์อย่างน้อย 99% มักจะใช้เพื่อหลีกเลี่ยงการระคายเคืองผิวหนังที่อาจเกิดขึ้นหรือผลข้างเคียงอื่น ๆ
เพื่อแสดงให้เห็นถึงผลกระทบของกระบวนการผลิตต่อคุณภาพของไทเทเนียมไดออกไซด์ลองพิจารณากรณีศึกษาบางอย่าง:
ผู้ผลิตสีกำลังประสบปัญหาเกี่ยวกับพลังการซ่อนและการกระจายตัวของสีไทเทเนียมไดออกไซด์ของพวกเขา พวกเขาตัดสินใจที่จะตรวจสอบกระบวนการผลิตของไทเทเนียมไดออกไซด์ที่พวกเขาใช้ หลังจากวิเคราะห์ผลิตภัณฑ์จากซัพพลายเออร์ที่แตกต่างกันพวกเขาพบว่าผลิตภัณฑ์ที่ผลิตโดยกระบวนการคลอไรด์ภายใต้เงื่อนไขที่เหมาะสมมีประสิทธิภาพที่ดีขึ้นอย่างมีนัยสำคัญในสูตรสีของพวกเขา ไทเทเนียมไดออกไซด์ที่ผ่านการประมวลผลด้วยคลอไรด์มีการกระจายขนาดอนุภาคที่สอดคล้องกันมากขึ้นและดัชนีการหักเหของแสงที่สูงขึ้นเนื่องจากโครงสร้างผลึก rutile ส่วนใหญ่ซึ่งแปลเป็นพลังงานซ่อนที่ดีขึ้นและการกระจายตัวที่ง่ายขึ้นในเมทริกซ์สี
ในอุตสาหกรรมเครื่องสำอาง บริษัท มีความกังวลเกี่ยวกับความบริสุทธิ์ของไทเทเนียมไดออกไซด์ที่ใช้ในผลิตภัณฑ์ของพวกเขา พวกเขาทำการทดสอบอย่างกว้างขวางเกี่ยวกับตัวอย่างไทเทเนียมไดออกไซด์ที่มาจากผู้ผลิตหลายราย พวกเขาค้นพบว่ากระบวนการซัลเฟตหากไม่ได้ควบคุมอย่างระมัดระวังสามารถแนะนำสิ่งสกปรกที่อาจทำให้เกิดการระคายเคืองผิวหนัง ในทางกลับกันกระบวนการคลอไรด์เมื่อเริ่มต้นด้วยวัตถุดิบคุณภาพสูงและการควบคุมกระบวนการที่เหมาะสมสามารถผลิตไทเทเนียมไดออกไซด์ด้วยระดับความบริสุทธิ์ที่เหมาะสำหรับการใช้งานเครื่องสำอางเพื่อให้มั่นใจถึงความปลอดภัยและคุณภาพของผลิตภัณฑ์
เราติดต่อกับผู้เชี่ยวชาญหลายคนในสาขาการผลิตไทเทเนียมไดออกไซด์เพื่อรับข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับวิธีการผลิตที่ส่งผลกระทบต่อคุณภาพ:
\ 'กระบวนการผลิตของไทเทเนียมไดออกไซด์เป็นปฏิสัมพันธ์ที่ซับซ้อนของปฏิกิริยาทางเคมีและการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพในความเห็นของฉันกุญแจสำคัญในการได้รับไทเทเนียมไดออกไซด์คุณภาพสูงอยู่ในการควบคุมพารามิเตอร์กระบวนการที่แม่นยำเช่นในการกระจายตัวของซัลเฟต ความบริสุทธิ์ของวัสดุเริ่มต้นและการควบคุมสภาพออกซิเดชันที่แม่นยำเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการผลิตผลิตภัณฑ์ชั้นนำ \ '
\ 'ฉันเชื่อว่าการปรับปรุงอย่างต่อเนื่องในกระบวนการผลิตเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อตอบสนองความต้องการที่พัฒนาขึ้นของอุตสาหกรรมที่แตกต่างกันด้วยการมุ่งเน้นที่เพิ่มขึ้นในการพัฒนาอย่างยั่งยืนตัวอย่างเช่นเราจำเป็นต้องสำรวจวิธีการลดการใช้พลังงานและการสร้างของเสียในระหว่างการผลิตไทเทเนียม การควบคุมกระบวนการเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมที่ละเอียดอ่อนเช่นเครื่องสำอางและบรรจุภัณฑ์อาหาร \ '
จากการวิเคราะห์ข้างต้นคำแนะนำเชิงปฏิบัติดังต่อไปนี้สามารถทำสำหรับผู้ผลิตไทเทเนียมไดออกไซด์:
ผู้ผลิตควรเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการผลิตอย่างต่อเนื่อง ในกระบวนการซัลเฟตสิ่งนี้อาจเกี่ยวข้องกับการปรับอุณหภูมิการย่อยและความเข้มข้นของกรดอย่างละเอียดเช่นเดียวกับการควบคุมค่า pH และอุณหภูมิอย่างแม่นยำในระหว่างการไฮโดรไลซิสและการเผา ในกระบวนการคลอไรด์ควรมีความพยายามเพื่อให้แน่ใจว่าความบริสุทธิ์ของวัสดุเริ่มต้นและเงื่อนไขการเกิดออกซิเดชันควรได้รับการตรวจสอบและปรับอย่างรอบคอบเพื่อให้ได้การกระจายขนาดอนุภาคที่ต้องการและโครงสร้างผลึก
มาตรการควบคุมคุณภาพที่แข็งแกร่งเป็นสิ่งจำเป็น การสุ่มตัวอย่างและการทดสอบผลิตภัณฑ์ระดับกลางและขั้นสุดท้ายเป็นประจำควรดำเนินการเพื่อตรวจสอบความบริสุทธิ์การกระจายขนาดอนุภาคและโครงสร้างผลึก การเบี่ยงเบนใด ๆ จากพารามิเตอร์คุณภาพที่ต้องการควรได้รับการแก้ไขทันทีเพื่อให้แน่ใจว่าการผลิตไดออกไซด์ไทเทเนียมคุณภาพสูงที่สอดคล้องกัน
ด้วยความสำคัญที่เพิ่มขึ้นของความยั่งยืนผู้ผลิตควรสำรวจวิธีการลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม ซึ่งอาจรวมถึงการใช้เทคโนโลยีประหยัดพลังงานในกระบวนการผลิตเช่นการใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเพื่อกู้คืนความร้อนของเสีย นอกจากนี้ควรใช้ความพยายามในการรีไซเคิลโดยผลิตภัณฑ์และลดการสร้างของเสีย ตัวอย่างเช่นในกระบวนการซัลเฟตผลพลอยได้จากกรดซัลฟิวริกสามารถนำกลับมาใช้ใหม่และนำกลับมาใช้ใหม่ได้ลดความจำเป็นในการใช้กรดซัลฟิวริกสดและลดของเสียให้น้อยที่สุด
โดยสรุปกระบวนการผลิตของไทเทเนียมไดออกไซด์มีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อคุณภาพ กระบวนการซัลเฟตและคลอไรด์แต่ละกระบวนการมีลักษณะและขั้นตอนของตนเองที่มีอิทธิพลต่อคุณลักษณะด้านคุณภาพต่าง ๆ เช่นขนาดอนุภาคและการกระจายโครงสร้างผลึกและความบริสุทธิ์ ผ่านกรณีศึกษาความคิดเห็นของผู้เชี่ยวชาญและคำแนะนำในทางปฏิบัติเราได้เห็นความสำคัญของการควบคุมกระบวนการที่แม่นยำการควบคุมคุณภาพและการพิจารณาความยั่งยืนในการผลิตไดออกไซด์ไทเทเนียมคุณภาพสูง เนื่องจากความต้องการไทเทเนียมไดออกไซด์ยังคงเติบโตอย่างต่อเนื่องในอุตสาหกรรมต่าง ๆ ผู้ผลิตจำเป็นต้องปรับปรุงกระบวนการผลิตอย่างต่อเนื่องเพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดการพัฒนาของผลิตภัณฑ์ที่ใช้งานปลายทางและให้แน่ใจว่าคุณภาพและประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ไทเทเนียมไดออกไซด์
